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翼型降落伞有很好的飞行性能.它被看作飞机的机翼,跳伞运动员可方便地控制转弯等动作.其原理是通过对降落伞的调节,使空气升力和空气摩擦力都受到影响.已知:空气升力F1与飞行方向垂直,大小与速度的平方成正比,F1=C1v2;空气摩擦力F2与飞行方向相反,大小与速度的平方成正比,F2=C2v2.其中C1、C2相互影响,可由运动员调节,满足如图b所示的关系.试求:
(1)图a中画出了运动员携带翼型伞跳伞后的两条大致运动轨迹.试对两位置的运动员画出受力示意图并判断,①、②两轨迹中哪条是不可能的,并简要说明理由;
(2)若降落伞最终匀速飞行的速度v与地平线的夹角为α,试从力平衡的角度证明:tanα=C2/C1;
(3)某运动员和装备的总质量为70kg,匀速飞行的速度v与地平线的夹角α约20°(取tan20°=4/11),匀速飞行的速度v多大?(g取10m/s2,结果保留3位有效数字)

解:(1)②轨迹不可能存在
①位置,三力可能平衡(或三力的合力可能与速度在一直线),运动员做直线运动
②位置,合力方向与速度方向不可能在一直线,所以不会沿竖直方向做直线运动.

(2)由①位置的受力分析可知,匀速运动时,对重力进行分解,根据平衡条件得:
F1=mgcosα=C1v2
F2=mgsinα=C2v2
两式消去mg和v得tanα=;
(3)在图b中过原点作直线
正确得到直线与曲线的交点

C2=2,C1=5.5
根据F2=mgsinα=C2v2或F1=mgcosα=C1v2
得v=10.9m/s
答:(1)②轨迹是不可能的;
(2)以上已经证明;
(3)匀速飞行的速度是10.9m/s.
分析:(1)物体做直线运动的条件是所受的合力方向与速度方向在一条直线上,根据运动员和翼型伞的受力情况进行判断;
(2)由①位置的受力分析,匀速运动时对重力进行分解,根据平衡条件求解;
(3)在图b中过原点作直线C2=C1,正确得到直线与曲线的交点后求解.
点评:本题有一定的难度,能正确的理解题目所提示的信息,并有一定的数据解读能力是解决该题的关键.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:填空题

一质点做匀变速直线运动,在第2s内的平均速度为6m/s,在第4s内的平均速度为10m/s.则该质点的加速度为________m/s2,第7s内位移为________m.

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科目:高中物理 来源: 题型:多选题

物体沿同一方向做直线运动,初速度为v0,加速度为a,下列判断正确的是


  1. A.
    若v0>0,a>0,则速度逐渐增大
  2. B.
    若v0<0,a>0,则速度逐渐增大
  3. C.
    若v0>0,a<0,则速度逐渐减小
  4. D.
    若v0<0,a<0,则速度逐渐减小

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科目:高中物理 来源: 题型:多选题

关于摩擦力,有如下几种说法,其中错误的是


  1. A.
    摩擦力总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势;
  2. B.
    摩擦力与物体运动方向有时是一致的;
  3. C.
    摩擦力的方向与物体运动方向总是在同一直线上
  4. D.
    摩擦力的方向总是与物体的运动或运动趋势的方向相反

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科目:高中物理 来源: 题型:多选题

一做匀变速直线运动的物体,其v-t图象如图所示,设向右为正方向,则在前4s内


  1. A.
    物体先向左运动,2s后向右运动
  2. B.
    物体在前2s位于出发点左方,后2s位于出发点右方
  3. C.
    在2--4s内的位移为5m
  4. D.
    物体始终向右运动

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科目:高中物理 来源: 题型:单选题

如图所示,物体在水平拉力F作用下沿水平地面做匀速直线运动,速度为v.现让拉力逐渐减小,则物体的加速度和速度的变化情况是


  1. A.
    加速度逐渐变小,速度逐渐变大
  2. B.
    加速度和速度都在逐渐变小
  3. C.
    加速度和速度都在逐渐变大
  4. D.
    加速度逐渐变大,速度逐渐变小

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科目:高中物理 来源: 题型:解答题

“受力分析”是中学生学习力学所必须掌握的基本技能.
(1)甲图是一个小球用轻弹簧栓住,弹簧上端栓在天花板上且处于竖直方向,小球底部和光滑水平地面接触.则小球除受重力外,还可能受到的弹力的个数为______.
A.1个    B.2个   C.3 个   D.4个
(2)乙图是放在水平地面上的物体M上叠放着物体m,m,M间有一处于压缩状态的弹簧,整个装置处于静止状态.则M和m受到摩擦力叙述正确的是______.
A.m受到向左的摩擦力
B.M受到m对它向右的摩擦力
C.地面对M的摩擦力向右
D.地面对M无摩擦力作用.

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科目:高中物理 来源: 题型:解答题

电荷量为q=1×10-4C的带正电小物块置于绝缘水平面上,所在空间存在方向沿水平向右的电场(如图甲所示).电场强度E的大小与时间t的关系、物块运动速度v与时间t的关系分别如图乙、丙所示,取重力加速度g=10m/s2.求
(1)物块质量m;
(2)物块与水平面之间的动摩擦因数μ.

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科目:高中物理 来源: 题型:解答题

电梯启动过程和停止过程的加速度大小是一个电梯性能的重要参数.如果让你粗略地测定电梯启动时的加速度(假设电梯启动过程中做匀变速直线运动),你如何用最简单、可行的仪器或物品来进行?
(1)请写出你要选用的仪器或物品名称:______
(2)写出要测量的物理量(说明符号及其物理意义)______.
(3)用测量量对应的符号及已知常量表示所测量结果______.

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